Презентация - Тепловые двигатели

Тепловые двигатели
Устройства, преобразующие внутреннюю энергию топлива в механическую энергию, называются тепловыми двигателями. Теорию тепловых двигателей разработал французский ученый Никола Сади Карно.

Первый универсальный тепловой двигатель (паровую машину) создал в 1774 г. выдающийся английский изобретатель Джеймс Уатта. Этому, правда, предшествовало изобретение в 1765 г. пароатмосферной машины русским механиком И. И. Ползуновым, однако его машина после нескольких месяцев работы была остановлена, а затем и вообще разобрана, в результате чего дело Ползунова на десятки лет было предано забвению. Машина же Уатта получила широкое распространение и сыграло огромную роль в переходе к машинному производству. Изобретение паровой машины способствовало созданию паровозов, пароходов и первых (паровых) автомобилей. Первые паровозы были созданы в Англии Р. Тревитиком (1803) и Дж. Стефенсоном (1814). Изобретателем парохода считается американец Р. Фултон. Свои первые испытания он проводил на реке Сене в Париже. Однако когда он в 1804 г. обратился к Наполеону Бонапарту с предложением перевести французские корабли на использование паровой тяги, то, как это ни странно, получил отказ. Через некоторое время Фултон вернулся на родину, и в 1807 г. по реке Гудзон отправился в свой первый рейс пароход «Клермонт».

Преобразование энергии при работе тепловых двигателей
При сгорании топлива химическая энергия (потенциальная энергия взаимодействия атомов) преобразуется в кинетическую энергию хаотического движения молекул. При этом нагревается некоторая масса газа, которая называется рабочим телом. Газ (рабочее тело) расширяется, совершая работу (двигая поршень). При этом газ охлаждается, то есть кинетическая энергия молекул преобразуется в механическую энергию. Действие теплового двигателя имеет циклический характер.

Основные элементы теплового двигателя
Рабочее тело – обычно газ: Нагреватель – сжигаемое топливо, имеющий температуру Т1, в контакте с которым рабочему телу сообщается количество теплоты Q1; Холодильник – окружающая среда, имеющий температуру Т2 , в контакте с которым от рабочего тела отбирается количество теплоты Q2

Полезная работа теплового двигателя
Полезная работа Ап равна разности количества теплоты Q1, полученного рабочим телом от нагревателя, и количества теплоты Q2, отданного холодильнику. Aп = Q1 – Q2

Схема работы теплового двигателя
Нагреватель
Рабочее тело
Холодильник
Q1
Q2
А п = Q1-Q2
КПД

КПД теплового двигателя
Отношение работы, совершаемой двигателем, к количеству теплоты, полученному от нагревателя, называется коэффициентом полезного действия теплового двигателя. Согласно теореме Карно, из всех мыслимых тепловых двигателей с температурой нагревателя Т1 и температурой холодильника Т2 максимальным КПД будет обладать такой двигатель, каждый цикл работы которого представляет собой замкнутый процесс, графически изображенный на рисунке (цикл Карно).

Т
Т
Р
V1
V4
1
2
3
4
V
ηmax= 1-
Цикл Карно
V2
V3
b
1
1-2 изотермическое расширение при температуре Т1
2-3 адиабатное расширение Q=0
3-4 изотермическое сжатие при температуре Т2
4
4-1 адиабатное cжатие Q=0

Решите задачи
Тепловая машина получила от нагревателя 0,4 МДж теплоты и отдала холодильнику 0,1 МДж теплоты. Чему равен КПД такой тепловой машины? А. 100%. Б. 75%. В. 25%. Г. 45%. Какое значение КПД может иметь идеальная тепловая машина с температурой нагревателя 527 С и температурой холодильника – 27 С? А. 100%. Б. 95%. В. 63%. Г. 46%.

Холодильник (холодильная машина)
Количество теплоты, отобранное у продуктов

Q1
Рабочее тело
Q2=A+Q1
A
A
Количество теплоты. переданное воздуху в помещении
Работа электрического тока
р
Решите задачу: Как изменится температура В комнате, если надолго открыть дверцу работающего холодильника?